DE1932774C3

DE1932774C3 - Schmiersystem

Info

Publication number: DE1932774C3
Application number: DE1932774A
Authority: DE
Inventors: Ernest Joseph Breton; Curtis Burnette Cameron; Robert Earl Newark Murvine
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1968-06-28
Filing date: 1969-06-27
Publication date: 1974-01-10
Also published as: AT311527B; NL166763B; JPS5019701B1; NL166763C; CH555509A; DE1932774A1; LU58975A1; AT318785B; IL32490A0; BR6910290D0; NO127977B; IL32490A; US3513084A; ES368878A1; BE735272A; SE369917B; NL6909914A; FR2016780A1; GB1275456A; DE1932774B2

Description

Ein Schmiermittel welches, sich im Zwischenraum zwischen relativ gegeneinander bewegten Flächen (gleitend, reibend, ro'lend usw.) befindet, sollte im idealfall zur vollständigen Trennung dieser Flächen führen. Diesen Fall bezeichnet man als vollständige hydrodynamische Schmierung. Die beiden gleitenden Flächen werden hierbei durch einen relativ dicken, kontinuierlichen Film aus einem Schmiermittel, in dem sich infolge der Reibung ein Druck aufbaut, getrennt. Es liegt also keine Berührung zwischen Metall und Metall vor. In der Technik ist dies die bevorzugte Schmierungsart, da sie zu dem niedrigsten Reibungskoeffizient und zum geringsten Verschleiß führt.

Wenn zwei gleitende Flächen in Gegenwart eines extrem dünnen Schmiermittelfilmes reiben und diesel Film an beiden Flächen haftet, so bezeichnet man dies als vollständige Grenzschmierung. Wird das Schmiermittel nicht periodisch erneuert, dann kann eventuel dieser dünne Film zerstört werden; es kommt zu eine: Metall-Metall-Berührung, was zum Trockenlaufen zum Reiben und Verklemmen der Metalle und schließ lieh sogar zum Festfressen führt.

Eine Übergangszone, die als Mischschmierung be zeichnet werden kann, ist eine Kombination der hydro dynamischen und der Grenzschmierung. Unter diesel Bedingungen wird ein Teil der Last, die an einer de gleitenden Metallischen anliegt, durch einzelne last aufnehmende Bereiche des Schmiermittels, in dem siel ein Druck aufgebaut hat, also in Form einer hydro dynamischen Schmierung, aufgenommen. Der restlich)

Teil wird von einem sehr dünnen Film in f-orm einer Grenzschmierung aufgenommen.

Bei reiner hydrodynamischer Schmierung ist der Koeffizient der Flüssigkeitsreibung angenähert proportional der Viskosität und Geschwindigkeit und umgekehrt proportional der Last. Bei echter Grenzschmierung ist der Reibungskoeffizient unabhängig von Viskosität und Reibungsgeschwind^:3keit. Für geringe Werte von Z · N/p, wobei Z die Viskosität der 7iigeführten Flüssigkeit, N die Laufgeschwindigkeit und /) der Lagerdruck oder die Last ist, bleibt der Reibungskoeffizient im wesentlichen konstant. Zwischen der Grerrzschmierung und der hydrodynamischen Schmierung befindet sich eine Zone, in der bei Verringerung des Wertes Z · N/p der Reibungskoeffizient scharf ansteigt. Dies zeigt, daß in dieser Zone eine Kombination von Flüssigkeitsreibung und Grenzreibung herrscht. Man bezeichnet diese Zone als Mischreibung.

Bei geringer Geschwindigkeit (iV) und Viskosität (Z) muß die Last, die auf Flächen ohne ungebührlich hohen Reibungskoeffizienten und den damit hervorgerufenen katastrophalen Effekten ruht, relativ gering gehalten werden. Demzufolge ist die Anwendung niederviskoser Flüssigkeiten als Schmiermittel auf den meisten technischen Anwendungsgebieten ausgeschlossen, da deren Anwendung zu einer wesentlichen Herabsetzung des Lastaufnahmevermögens führt.

Zur Schmierung von einander zugekehiten Flächen in Dichtungen, Zahnrädern, Lagern und Kolben benötigt man daher viskosere Stoffe, wie Kohlenwasserstofföle, synthetische öle oder Fette. Diese Schmiermittel weisen, abgesehen von ihrer Nichtanwendbarkeit bei verschiedenen Schmierstellen wegen Verunreinigung des ablaufenden Verfahrens, verschiedene Nachteile auf. Werden nämlich diese Schmiermittel ununterbrochen über längere Zeit bei hohen Drücken und erhöhten Temperaturen angewandt, so neigen sie zum Abbau oder zur Zersetzung. Es bilden sich schlammartige Produkte in Folge von Oxydationen, Polymerisationen od. dgl. Dieser Schlamm verschlechtert die Schmierqualität eines Schmiermittels und führt oft dazu, daß die sich relativ gegeneinander bewegenden Teile verkleben. Darüber hinaus kann es während der Anwendung des Schmiermittels, offensichtlich in Folge einer Oxydation des Öls bei erhöhten Temperaturen, zur Bildung von organischen Säuren kommen, die ihrerseits wieder die Ausbildung von Korrosionen bewirken können.

Weitere Schwierigkeiten treten in Motoren auf (beispielsweise in Zweitaktmotoren und in Kreiskolbenmotoren), in denen ein öl mit Brennstoff gemischt wird. Durch die Verwendung solcher Gemische kann Rauch entstehen, öderes treten Störungen bei den Zündkerzen auf. Auch kann ein Fressen der Kolbenringe erfolgen, und es können sich Kohlenstoffablagerungen bilden.

Metallflächen, die sich gegeneinander bewegen, erfordern eine Schmierung zur Verringerung des Abriebs oder Verschleißes, insbesondere bei Abdichtung, Gc triebe, Lagern und Kolben. Bisher traten insbesondere bei Systemen, bei denen es schwierig ist, den dauernden Zutritt von Schmiermitteln /u den gleitenden Flächen zu garantieren, Probleme auf. Viele Schmiermittel können zu einer Zerstörung, Verunreinigung oder Korrosion führen und erfordern immer wieder das Auswechseln gegen frisches Schmieröl und das Nachfüllen auf ausreichenden Schmiermittelstand. F.s wäre daher außerordentlich wünschenswert, ein System z. B. für Benzinmotoren verwenden zu können ohne die Notwendigkeit, die sich bewegenden Teile schmieren zu müssen.

Die Erfindung bringt nun einen vollständig anders liegenden Vorschlag für die Lösung dieses Problems, verglichen .mit der bisherigen Entwicklungstendenz, nämlich das speziell ausgestaltete selbstschmierende System.

Das erfindungsgemäße Schmiersystem besteht aus mindestens zwei Maschinenteilen A und B mit relativ zueinander beweglichen Gegenflächen und einem diese Gegenflächen umgebenden flüssigen Medium zur Schmierung. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß es

(1) einen Maschinenteil A aus einem Eisenwerkstoff enthält, der entweder

a) aus Il bis 15 Atomprozent Kohlenstoff, 1,5 bis 3 Atomprozent Silicium und Rest Eisen, besteht, wobei die Viekershärte mindestens 150 beträgt, oder der

b) mindestens 80 Atomprozent Eisen und mindestens 1 Atomprozent Kohlenstoff enthält, wobei die Viekershärte mindestens 200 beträgt, oder der

c) 50 bis 79 Atomprozent Eisen und mindestens 1 Atomprozent Kohlenstoff enthält, wobei die Viekershärte mindestens 400 beträgt,

und wobei in den Werkstoffen b und c die Summe der Bestandteile Kobalt und Nickel weniger als 6 Atomprozent beträgt und mindestens die Hälfte des Gewichtes der restlichen Legierungselemente aus Chrom, Molybdän, Mangan oder Wolfram besteht, die als Carbide oder vollständig gehärtete feste Lösung vorliegen, daß es ferner

(2) einen Maschinenteil B enthält, bestehend im wesentlichen aus einem Gemisch von

a) IO bis 90 Volumprozent einer Legierung, enthaltend mindestens 6 Atomprozent Molybdän und/oder Wolfram, wobei mindestens 10 Volumprozent der Legierung eine intermetallische Verbindung von Molybdän und/oder Wolf ram mit einer Viekershärte von 550 bis 1800 darstellen, mit.

b) 90 bis 10 Volumprozent eines Matrix-Materials einer geringeren Viekershärte als derjenigen der Legierung 2 a, mit einer Festigkeit und Haftfähigkeit, die ausreicht, um die Legierung in dieser Matrix festzuhalten,

wobei der Trockenieibungskoeffizient des Maschinenteils A auf dem Maschinenteil B nicht größer als 0,25 ist, und daß es schließlich

(3) als die Maschinenteile umgebendes Medium ein solches enthält, welches aus Erdöl-Kohlenwasserstoffen mit einem Siedeende nicht über 345°C aus aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder aliphatischen Aldehyden mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls aus einer an sich schmierwirksamen Stoffkomponente besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen selbstschmicrcnden System sind die Werkstoffe für die Maschinenteile A und B sorgfältig ausgewählt. Die Anwendung eines umgebenden Mediums wie Benzin zwischen den zueinander gekehrten und gegeneinander bewegten Flächen stellt eine neue Entwicklung mit wesentlichen Vorteilen dar. An sich werden crlindungsgcmäß be-

kannte Werkstoffe soweit als möglich für den Maschinenteil A und das umgebende Medium angewandt. Für das erfmdungsgemäße System von ausschlaggebender Bedeutung ist jedoch das Bauteil B, welches ja eine der gleitenden Flacher, zur Verfügung stellt, in Kombination mit dem Bauteil A und dem umgebenden Medium.

Das Bauteil B kann als die Schmierung bewirkende Fläche bezeichnet werden und ist aufgebaut — wie oben erwähnt — aus einem reSativ weichen Grundmaterial und der oben definierten Molybdän- oder Wolfram-Legierung. Die Gegenwart von intermetallischen Verbindungen ist kritisch. Die bevorzugten intermetallischen Verbindungen sind solche mit einem Gefüge entsprechend der Laves-Phase, wobei es sich um tertiäre Systeme von a) Kobalt und/oder Nickel, b) Molybdän und/oder Wolfram und c) Silicium handelt. Derartige intermetallische Verbindungen im Gemisch mit einer weicheren Grundmasse auf der Basis der gleichen Legierungselemente sind als Schutzüberzüge für Verschleißschichten zur Verhinderung des Abriebs, der Oxydation und Korrosion des darunterliegenden Werkstückes verwendet werden.

Legierungen von Kobalt, Molybdän und Silicium, enthallend derartige Laves-Phasen, sind als Werkstoffe z. B. für Gasturbinenschaufeln, Schmiedeformen, Strangpreßköpfe, Auslaßventile für Otto- und Dieselmotoren und Ofenbefestigungen, wo es überall auf sehr enge Toleranz ankommt, bekannt (USA.-Patentschrift 3 180 012). Die Härte und Sprödigkeit derartiger Laves-Phasen sind berüchtigt, so daß es außerordentlich überraschend ist, daß gerade Werkstoffe enthaltend derartige Phasen in den Gleitflächen von selbstschmierenden Systemen angewandt werden können.

Die dem Bauteil B entgegenstehende Fläche kann so aufgebaut sein, daß Molybdän- oder Wolframteilchen in eine Matrix aus weicherem Material eingebettet sind, mit der sie ein Ganzes bilden. Die Größe der Molybdän- oder Wolframteilchen liegt zwischen 0,42 und 0,037 mm.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems, die die obengenannten Eigenschaften aufweist, soll die eine relativ bewegliche Fläche aus einer Mischung aus Kupfer und einer Legierung mit 6 bis 85, vorzugsweise 19 bis 25 Atomprozent Molybdän, 4 bis 56, vorzugsweise 4 bis 22 Atomprozent Silicium und einem Rest im wesentlichen von 10 bis 90 Atomprozent Eisen, Kobalt oder Nickel, vorzugsweise 53 bis 77 Atomprozent Kobalt, bestehen. Die andere relativ bewegliche Fläche soll aus einer Legierung aus 1 bis 7 Atomprozent Kohlenstoff bis zu 13 Atomprozent Chrom und aus einem Rest von im wesentlichen 80 bis 98 Atomprozent Eisen bestehen. Das flüssige Medium soll vorzugsweise Benzin sein. Wenn die erste gleitende Fläche eine Wolframlegierung ist, kann es wegen des hohen Schmelzpunktes von Wolfram schwierig sein, mehr als 25 Atomprozent Wolfram in die Legierung aufzunehmen.

Es sei darauf hingewiesen, daß neben Molybdän und Wolfram in der einen und Eisen in der anderen gleitenden Fläche auch in beiden Flächen weitere Legierungsclemente vorliegen können, vorausgesetzt, daß die obigen Kriterien hinsichtlich der Vickershärte, der intermetallischen Verbindung und des Trockenreibungskoeffizienten erfüllt sind. Man kann auch geringe Mengen eines feuerfesten Metalloxids (USA.-Patentschrift 3 317 285) in die Legierung einarbeiten. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Systems für gleitende Maschinenelemente kann die Leistung weiter gesteigert werden durch Optimierung der Topographie, der Nutung und des Spieles der beiden gleitenden Flächen.

Der »Trockenreibungskoeffizient« wird an der Luft wie folgt bestimmt: Ein Prüfkörper aus der die im Bauteil B verwendete intermetallische Verbindung enthaltenden Legierung wird melallographisch poliert und mit Aceton gewaschen, um eine glatte, reine

ίο Fläche zu erhalten. Eine Kugel mit einem Durchmesser von 4,76 mm (bzw. ein Gegenstand mit einer sphärischen Fläche und einem Radius von 2,38 mm, in der Nähe des Berührungspunktes eine ebene Fläche aufweisend) aus dem Werkstoff von Bauteil A wird mit einem extrem feinen Schleifpapier abgerieben. Die zu prüfende Legierungsprobe wird auf einen Schlitten montiert und an der Kugel aus dem Bauteil A mit einer Geschwindigkeit von ΙΟμιη/sec vorbeigeführt. Auf der Kugel lastet ein Gewicht von 1000 g. Die Reibung

ao der Legierungsprobe mit der Kugel wird mit Hilfe eines Meßgerätes für Tangentialspannung ermittelt. Der Trockenreibungskoeffizient ist die Tangentialkraft, die erforderlich ist, den Prüfkörper zu bewegen, dividiert durch die Last, in diesem Fall 1000 g.

Aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlichkeit soll nun die Erläuterung der kritischen Faktoren des Erfindungsgegenstandes, wie folgt, in drei Abschnitten vorgenommen werden:

1. Die Kontaktfläche des Bauteils B, auch als Schmiermittel erzeugende Fläche bezeichnet.

2. Die Kontaktfläche des Bauteils A, auch als Paßfläche bezeichnet.

3. Das umgebende Medium, auch als Verfahrensmedium, Trägermedium oder ganz einfach als Medium bezeichnet.

1. Die Schmiermittel erzeugende Fläche

Die Fläche besteht aus einem relativ weichen St"tf und der Molybdän- oder Wolframlegierung.

Der relativ weiche Stoff kann einer der folgenden vier Gruppen angehören:

Gruppe (a):

Kupfer, Nickel, Aluminium, Blei, Zinn, Cadmium. Eisen.

Gruppe (b):

Legierungen der Metalle von Gruppe (a); Blei legierungen, wie »Babbitt« (74,5% Pb, 10% Sn, 15% Sb, 0,5% Cu); Zinnlegierungen, wie »Babbit!'· (91,2% Sn, 4,5% Cu,4% Sb,0,3% Pb); Cadmiumlegierungen (97,5% Cd, 1 % Ni, 1 % Ag, 0,5 % Cu]:

Kupferlegierungen, wie Zinnbronze (88% Cu, 10 % Sn, 2 % Zn); Bleizinnbronze (80 % Cu, 10 % Pb, 10% Sn) und Kupfer-Blei (70% Cu, 30% Pb); Aluminiumlegierungen (91% Al, 7% Sn, 1% Cu, 1% Si); Nickellegierungen, wie Monel (66% Ni,

31,5% Cu, 1,3% Fe, 0,9% Mn, 0,1 % C)*).

Gruppe (c):

Chrom, Molybdän.
g₅ Gruppe (d):

Phenolharze, insbesondere lineare Harze mit einer Übergangstemperatur zweiter Ordnung (Biegemodul gegen Temperatur) von mindestens 250°C und einem

Raumtemperatur-Modul von mindestens 21 000 kg/ F i g. 1 zeigt schematisch das hier verwendete Ver-

cm⁸, z. B. Phenol-Formaldehydharze, aromatische schleißprüfgerät. Es ist repräsentativ für Achsiallager

Polyimide, aromatische Polyamide, aromatische und eignet sich zur Bewertung der erfindungsgemäßen

Polyketone, aromatische Polythiazole und Poly- Systeme. Das zu prüfende Bauteil A (12) wird mit

benzotriazole. 5 Hilfe des Gleichstrommotors 10 gedreht. Die Reibung

·) Bei den Prozentangeben handelt es sich um Gewichtsprozent. zwischen dem Ring 11 des Bauteils B und dem Prüfkörper bewirkt ein Drehmoment in der Achse 13.

Für die Auswahl der Molybdän- oder Wolframle- Diese wird an einer Drehung durch den Hebelarm 14 gierung gelten drei verschiedene -Gesichtspunkte: die in Verbindung mit einem Spannungsmeßgerät 15 chemische Zusammensetzung, die physikalische Struk- ],o gehindert. Die Spannung wird kontinuierlich auf einem tür und die physikalischen Eigenschaften. Was die Schreiber aufgezeichnet. Sie wird nach entsprechender chemische Zusammensetzung anbelangt, so sollte der Eichung als Gewicht abgelesen. Auf Grund der Kon-Werkstoff mindestens 6 Atomprozent Molybdän oder struktion dieses Meßsystems wird die Tangentialkraft Wolfram enthalten. Das physikalische Gefüge sollte an dem Prüfkörper berechnet. Der Reibungskoeffizient mindestens 10 Volumprozent einer intermetallischen 115 entspricht der Tangentialkraft, dividiert durch die Verbindung mit Molybdän bzw. Wolfram als einer Normallast, die ein Zusammendrücken des Prüfkörpers Komponente aufweisen. Die physikalischen Eigen- und des Verschleißringes 11 bewirkt. Der Verschleiß schäften sollen derart sein, daß der Werkstoff einen wird aus dem Gewichtsverlust und als Längenabnahme Trockenreibungskoeffizient gegen die Paßfläche von mit Hilfe eines Mikrometers bestimmt. Die Unternicht mehr als 0,25 besitzt. Die intermetallische Ver- ao suchungen werden mit einer Umdrehungsgeschwindigbindung soll eine Vickershärte zwischen 550 und 1800 keit des Prüfkörpers entsprechend 55 m/min unter aufweisen, und die Matrix oder Grundmasse aus rela- verschiedener Belastung durchgeführt. Das Produkt tiv weichem Stoff, welche die intermetallische Verbin- P · V erhält man durch Multiplizieren der Last, bedung enthält, sollte eine geringere Härte als die inter- zogen auf die wahre Berührungsfläche mit der Gemetallische Verbindung besitzen. »5 schwindigkeit.

Die oben beschriebene Legierung besitzt die Eigen- Die gleitenden Flächen des Prüfkörpers 12 und des

schaft, ein Schmiermittel zu erzeugen, wenn sie in Ringes 11 sind parallel abgeschliffen und dann

gleitender Bewegung in Gegenwart eines Mediums ge- geläppt mit einem Schleifpapier der Körnung 37 μηι;

halten wird, welches in einen Stoff mit schmierenden sie sind bei 100^DC im Vakuum mindestens eine Stunde Eigenschaften umgewandelt werden kann. Es ist anzu- 30'getrocknet und dann auf 1 mg bzw. 2,5 μΐη gewogen

nehmen, daß die weiche Matrix (Grundmasse) es er- und gemessen. Sie werden dann in das Prüfgerät der

möglicht, daß sich Teilchen der erwähnten Legierung Fig. 1 eingebaut, und der Behälter 16 wird mit

in irgendwelche Unstimmigkeiten zwischen den gleiten- Benzin oder einer anderen Flüssigkeit 17 gefüllt. Der

den Flächen (z. B. zwischen Achse und Lager) ein- Behälter wird zur Verringerung der Verdampfung mit

schieben. Bei Verwendung der Masse aus Matrix und 35 einer eingebauten Schlange gekühlt. Nur unter dem

Legierung werden also hervorragende Verträglichkeit Gewicht der Achse 13 und des Hebelarmes 14 läuft

und ausgezeichnete Resultate erhalten. Der Verschleiß dann das Prüfgerüt 1 bis 2 Minuten mit einet Um-

sowohl der Schmierwirkung erzeugenden als auch der drehungsgeschwindigkeit von 650 UpM, entsprechend

Paßfläche in Form eines Bezugsringes bei 50 000 PV 55 m/min. Anschließend wird die Prüflast aufgegeben

beträgt weniger als 0,1 mm in 100 Stunden, ermittelt 40 und das Gerät 18 bis 20 Stunden in Betrieb gehalten,

mit Hilfe eines Mikrometers oder durch Auswiegen. Infolge der Verdunstung mußte alle 4 bis 6 Stunde.i

(Die Prüfung wurde mit dem in F i g. 1 dargestellten Flüssigkeit rachgelüllt werden. Nach die er Pnifze.t

Verschleißprüfer vorgenommen.) Der Reibungskoeffi- wurden Prüfkörper 12 und Ring 11 im Vakuum ge-

zient liegt dann unter 0,2. Die Prüfbedingungen wurden trocknet, ausgewogen und gemessen. Während des

so festgelegt, daß sich während des Betriebes ein 45 Laufes mit obiger Geschwindigkeit kann die Last auch

Schmierzustand unterhalb der vollständig hydrodyna- durch Auflage von 9,1-kg-Gewichten erhöht werden.

mischen Schmierung einstellt und es damit zu einer Mit jedem neuen Gewicht soll dann das Prüfgerät

Wechselwirkung zwischen Metall und Metall kommt. 30 Minuten bis zum Auftreten von Fehlererscheinun-

Auf diese Weise läßt sich die Verträglichkeit und die gen betrieben werden.

Fähigkeit der Metallkombinationen, Schmierwirkung ,50 Die Anwesenheit von mindestens 10 Volumprozent zu erzeugen, messen. Es wird angenommen, daß sich intermetallischer Verbindungen des Molybdän bzw. das Schmiermittel nicht ununterbrochen bildet und Wolframs in der Kontaktfläche des Bauteils B ist ernur weiteres Schmiermittel gebildet wird, wenn das findungswesentlich. Diese intermetallischen Verbinursprünglich gebildete aufgebraucht ist. düngen treten in den meisten Fällen als Zwischen-Es ist auch zu beobachten, daß sich vorwiegend die 55 oder sekundäre Phase innerhalb einer festen Lösung weichere Matrix, z. B. Kupfer, verbraucht und abge- oder Matrixphase auf. Sie schwanken nach Menge und schliffen wird, wobei sie Kratzer an der gleitenden Feinheit und können verschiedenen Typen zugeordnet Fläche hinterläßt. Es ist anzunehmen, daß diese Rinnen werden. Menge und Art werden durch verschiedene mit der Umgebungsflüssigkeit und dem gebildeten Faktoren bestimmt, z. B. durch die spezielle chemische Schmiermittel ausgefüllt werden. Im Kleinstmaßstab 60 Zusammensetzung bzw. die Art der Legierungsmetalle, tritt das gleiche Phänomen innerhalb der Molybdän- die Länge einer speziellen Temperaturbehandlung und bzw. Wolframlegierung auf, d. h., der weichere Anteil die Abkühlgeschwindigkeit. Die intermetallischen Verder Matrix wird abgetragen und hinterläßt die harte bindungcn im Rahmen der Erfindung sollen zweck-Intermetallverbindung als Relief. Es ist anzunehmen, mäßigerweise als topologisch dichte Packung vordaß die Umgebungsflüssigkeit und das gebildete 65 liegen. Es handelt sich also um δ,- κ-, μ- oder Lavespha-Schmiermittel sich in den Mikrorinnen ansammeln, sen, ferner um Halbcarbide des Typs M₀C oder N_1nC₆ die eng genug beieinanderliegen, um an den Beruh- sowie des Typs MoSi₅. Die Anwesenheit und die Anrungspunkten eine Gleitwirkung zu ermöglichen. zahl an intermetallischen Verbindungen läßt sich ent-

weder durch Röntgenbeiigungsanalyse oder inetallographisch ermitteln.

2. Die Paßfläche

Die Auswahl des Werkstoffes für die Paßfläche des Bauteils A erfolgt nach zwei verschiedenen Gesichtspunkten: die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften. Die Werkstoffe können in drei Gruppen unterteilt werden, wobei die ersten beiden bevorzugt werden.

Die erste Gruppe umfaßt Gußeisen, das Graphit enthüll. Es handelt sich dabei um Grauguß und schmiedbares Gußeisen. Der Kohlenstoffgehalt schwankt zwischen 11 und 15 Atomprozent, der Siüciumgchalt zwischen 1,5 und 3 Atomprozent. Der Rest ist Eisen mit Spuren anderer Metalle. Die Härte kann bis herunter auf 150HV gehen. Es ist anzunehmen, daß die Anwesenheit von Kohlenstoff in Form von Graphit den Einfluß der Weichheit ausschaltet. Diese Werkstoffe eignen sich als Kolhenringc, Zylinderwände und dgl.

Die zweite Gruppe umfaßt Eisenlegierungen mit mindestens 80 Atomprozent Eisen, mindestens 1 Atomprozent Kohlenstoff, die eine Härte von mindestens 200 HV aufweisen. Darunter fallen weißes Gußeisen, Kohlenstoffstähle, die meisten Werkzeugstähle und die martensitisch.cn korrosionsbeständigen Stähle in ihrem unteren Bereich. Diese Stähle sollen vorzugsweise eine Härte von über 270 HV besitzen.

Zur dritten Gruppe gehören Eisenlegierungen mit 50 bis T) Aiomprozenl Eisen, mindestens 1 Atompiozent Kohlenstoff und einer Vickershärte von mindestens 400. Unerwünscht sind ferritische und die meisten austenitischen korrosionsbeständigen Stähle. Man kann jedoch verformungsgehärtete niederlegierte Nickellegierungen oder austenitischen korrosionsbeständigen Stahl verwenden.

Die wesentlichen Legierungselemente für die zweite und dritte Gruppe sind Chrom, Mangan, Molybdän und Wolfram. Sie sollen mindestens die Hälfte des Gewichtes der restlichen Legierungselemente (mit Ausnahme von Eisen und Kohlenstoff) ausmachen und in erster linie als ausgeschiedene Karbide oder in vollständig gehärteter fester Lösung vorliegen, z. B. in der martensitischen Phase des Eisens. Nickel und Kobalt sind unerwünscht, und die Summe dieser Legierungselemente sollte daher unter 6 Atomprozent betragen.

3. Das umgebende Medium

Das eindrucksvollste Merkmal des erfindungsgemäßen Systems ist seine Fähigkeil, bestimmte Medien in situ zu Schmiermitteln zu polymerisieren, ohne daß liahci von ,rußen zusätzliches Produkt zugeführt werden muß, das nicht wesentlich zum Funktionieren des Systems beiträgt, 7. H. ein schweres Erdölprodukt, wie ein Motoröl, ein Schmiermittel oder ein Schmierfett. Aus wirtschaftlichen Gründen sieht die Erfindung in erster Linie Systeme mit Erdölkohlenwasserstoff-Brcnnstoffen als umgebendes Medium vor. F.rrindungsgemäß eignen sich Benzin für Automobile, Schiffahrt und Luftfahrt, Kerosin und Düsentreibstoffe für moderne Düsenluftfahrzeuge und Dieselöle für Dieselmotoren besonders gut. Diese Medien lassen sich alle unter die Klasse der Erdölkohlenwasserstoffe mit Siedeende nicht über 345^rC einreihen.

Die Stoffe können in flüssiger oder Dampfform verwendet werden. Eine Methode zur Erzielung der genannten Ergebnis-;' besteht z. B. darin, daß man in die Kammer, welche die relativ zueinander beweglicher Gegenflächen enthält, Benzindampf einsprüht.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung bi< herunter zu 10 Gewichtsprozent eines wirksamer flüssigen Mediums im Sinne der Erfindung in Kombination mit 90 Gewichtsprozent eines unwirksamen flüssigen Mediums zu vollständig zufriedenstellenden Ergebnissen führt. Ferner ist das erfimdungsgemäße System auch in Gegenwart von üblichen Schmiermitteln (fest oder flüssig) und hydraulischen Flüssigkeiten arbeitsfähig. Es können daher geringere Quantitäten derartiger Schmiermittel angewendet werden. Auch läßt sich für das erfindungsgemälie System ein Gemisch oder eine Dispersion der erwähnten Kohlen-Wasserstoffe, Alkohole oder Aldehyde mit Flüssigkeiten, wie Trichlorethylen, Wasser u. dgl. anwenden, die man eigentlich üblicherweise nicht als Schmiermittel bezeichnen kann. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Systems ermöglicht die Verwendung

»0 von hydraulischen Flüssigkeiten relativ geringer Viskosität. Während des Betriebes ist die Viskosität des aus diesen Medien gebildeten Schmiermittels ausreichend hoch, um eine schmierende Funktion erfüllen zu können. In der Kälte ist die Viskosität des hydraulischen Mediums ausreichend gering, do daß kein Erwärmen erforderlich ist, um die im allgemeinen bei höherviskosen Medien erforderliche Fließfähigkeit aufrechtzuerhalten.

Verwendungsmöglichkeiten

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können bei den verschiedensten Maschinenarten angewendet werden : zum Beispiel bei 2- und 4-Takt-Kolbenmaschinen, 2- und 4-Takt-Rotationskolbenmaschinen einsehließlieh solchen mit elliptischer oder epitrochoidal Laufbahn, bei Keil- und Flügeikolbenmasi-hinen, Freikolben-Gasmaschinen, Turbostrahltricbwcrken, Strahltriebwerken und Gasturbinen. Bei einer 2-Taktkolbenmaschine können die Lagerflächen und Dichtungen aus einer aus Kupfer und der hier als »Bauteil ö« bezeichneten Molybdän- oder Wolframlegierung zusammengesetzten Masse bestehen oder damit belegt sein, während die Gegenfiächen einschließlich der Kurbelwelle, der Zylinderkolbenwand usw. aus einer Eisenlegierung entsprechend dem erfindungsgemäßen Bauteil A bestehen können.

Die Einrichtungen sind auch brauchbar für Brennstoffpumpen und Brennstoffzuführungen. Bei den Brennstoff Zuführungen kann das Gemisch für den Bauteil B in Form eines Überzuges auf dem Kolben ausgebildet sein, welcher in einer Kammer aus dem Werkstoff des Bauteils A gleitet. Dieses Gemisch für den Bauteil B kann auch als Überzug der zylindrischen Kammer fungieren, in welcher sich der Kolben aus dem Werkstoff oder der mit diesem Werkstoff überzogene Kolben des Bauteils A bewegt. Bei einer Brennstoffpumpe können die Flügel mit dem Mischwerkstoff des Bauteils fl, der mit einer Kammer des Bauteils A in Kontakt steht, überzogen oder aus diesem hergestellt sein. Auf diese Weise ist es möglich sehr niederviskose Brennstoffe, wie Benzin oder Kerosin, anzuwenden. Dieselmotoren können so mit weniger viskosen Brennstoffen als den zur Zeit angewandten betrieben werden.

Eine besonders interessante Anwendung der Erfindung ergibt sich für Rotations-Verbrennungskraftmaschinen nach der USA.-Patentschrift 3 359 953. Es wird hierbei eine spezielle Methode zur Überwindung

der Seitenahdichtiingsprobleme entwickelt. Hin Überzug aus dem Misehwerksloff des Bauteils H nach der Erfindung wurde als Kontaktfläche der Endflächendichtung angewandt, während die Innenflächen der Stirnwände aus dem Werkstoff des Uauteils ·( bestanden.

I-ine weitere interessante An Wendungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes liegt in der Lösung des Problems, die Lastuufnahinefähigkcit von ölgetränkten, porösen Lagerwerkstoffen, z. B. selbstschmierendcn lagern, zu erhöhen. Solche l.agerwerkstoffe müssen relativ weite Poren haben, um für das verhältnismäßig viskose Schmiermittel durchlässig zu sein: hierdurch verschlechtert sich aber die Lastaufnahme. Wird ein niederviskoses Vorschmiermittel verwendet, das in situ auf der Lagerfläche ein hochviskoses Schmiermittel zu bilden vermag, so können kleinere Poren im 1 agermaterial vorliegen, wodurch sich wiederum die Lastaufnahmefähigkeit des Lagers erhöht. Wird nun in dem betreffenden Lager der eriindungsgemäße Mischwerkst off für den Hauteil B zusammen mit dem umgebenden Medium angewandt, so werden Schmierfette mit höherer Viskosität als diejenige der üblichen öle erzeugt, wodurch sich die Lastaufnahme erhöht.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die erfindungsgemäßen Schmiersysteme in zahlreichen Vorrichtungen, so in Lagern, Getrieben, Dichtungen und Kolben, Anwendung finden können, wobei die erfindungsgemäßen Systeme entweder diese Teile bilden oder als Überzüge bzw. Beläge für diese Teile benutzt werden.

Im folgenden werden weitere Anwendungsmögüchkeiten aufgezeigt.

Zusammenstellung weiterer Anweiulungsmögliehkeiten

I. Übliche Lager
A. Quergleitlager

1. Lagerbuchsen,

2. Dochtölschniierung,

3. Ovalring-Schmierung,

4. Druckschmierung,

5. Schmierung über Ringnut,

6. zylindrische Lager,

7. überzylindrische Lager,

8. Drucklager,

9. Mehrtaschenlager,

10. elliptische L ager,

11. Dreitaschenlager,

12. Schwenkschuhlager,

13. Partiallager,

14. statische Drucklager.

H. Längsgleitlager
1 mit ebener Laufbahn,

2. mit konischer Laufbahn,

3. Schwenkschuhlager,

4. Stufenlager,

5. statische Drucklager,

6. Taschenlager,

7. Normbuchsen,

8. Gelenkringe.

11. Speziallager

1. Brennkraftmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben,

2. Brennkraftmaschinen mit Kreiskolben (epitrochoidaler, elliptischer, keilförmiger Flügelkolben)

.1. Flüssigkeitspumpen, Rührer und ander? in der Verfahrenstechnik verwendete Vorrichtungen,

4. hydraulische Vorrichtungen,

5. Vakuumpumpen,
b. Turbinen.

7. Düsenantriebe,

8. Kältetechnische· Maschinen,

9. Meißluft-(Stirling-)Maschinen,

10. Ciaskompressoren.

III. Spezielle Getriebe

ίο 1. Automobil- und Landmaschinengetriebe,

2. Fräsmaschinengclriehe,

3. Drehmaschinengetriebe,

4. Differentialgetriebe,

5. Untersetzungsgetriebe,
6. Planetengetriebe,

7. Hochgeschwindigkeits-Hohlwellengetriebe,

8. Keilverzahnungen,

9. Nocken,
10. Schnecken,

»o 11. Kettengetriebe,

12. Hochgeschwindigkeitsläufer oder -schütten.

IV. Dichtungen

1. Kreiskolben für Kreiskolbenmaschinen,
2. Kolbenringe für Brennstoffmaschinen,

3. für chemische Pumpen,

4. für Brennstoffpumpen.

V. Kolben

1. für Brennkraftmaschinen,

2. für hydraulische Maschinen,

3. für Brennstoff-F.inspritzvorrichtungen und
-pumpen,

4. Brennstoffpumpen der Verdrängerbauart.

Es sei darauf hingewiesen, daß man bei Verwendung des Systems für Gleitelemente, ζ. Β. Dichtungen, Gleitlager usw., Verbesserungen erzielen kann, wenn mar die Oberfläche, die Nutung und den Zwischenraum zwischen den Gegenflächen der Gleitpartner auf opti-

male Werte einstellt.

Die Beispiele erläutern die Erfindung nähei
Beispiel 1

Aus einem Kupferpulver mit Teilchen von 150 um Durchmesser und einer Legierung aus 56 Atomprozenl Kobalt, 22 Atomprozent Molybdän und 22 Atomprozent Silicium mit einer Teilchengröße von 75 bis 150 μηι wurde durch Vermischen gleicher Volumteilchen ein Gemisch bereitet, das auf eine Äluminiumunterlage aufgesprüht wurde. Der Belag wurde dann im Abriebtester nach Fig. I gegen Stahl 1095(95,7 Atomprozenl Eisen, 4,} Atomprozent Kohlenstoff), der auf eine Vickershärtezahl von 510 gehärtet war, geprüft. F< wurde eine Prüflast von 5320 kg/m ■ min. auf das Prüfstück angewandt, und das Prüfgerät wurde 6 Stunder in einer Umgebung von Gasolin laufen gelassen. Da; Gasolin wurde in das Prüfgerät in Form eines Sprühstrahles mit einer Durchflußgeschwindigkeit vor 0,42 ml/min eingeführt. Der Reibungskoeffizient wurde zu 0,08 gemessen. Nach dem sechsstündigen Laul wurde das Prüfstück und die Paßfläche untersucht Es zeigte sich nicht nur äußerst wenig oder gar keir Abrieb, sondern es wurde auch das Vorhandenseir eines bernsteinfarbigen fettartigen Produktes zwischer den Kontaktflächen festgestellt. Das durchschnittlich! cryoskopische Molekulargewicht dieses Reaktionspro ciuktes wurde mit 420 festgestellt, was im Gegensat

steht zu einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 107 für das ursprünglich eingeführte Gasolin.

Es wurde dann die Schmierfähigkeit des Reaktionsprodukts gemessen und mit derjenigen eines handelsüblichen Schmierfettes verglichen. Ein kleiner Anteil des Reaktionsproduktes wurde auf einen Prüfkörper aus 1020 kalt gewalztem Stahl (0,9 Atomprozent Kohlenstoff, 0,5 Atomprozent Mangan, 98,6 Atomprozent Eisen) aufgerieben. Der so vorbehandelte Prüfkörper wurde dann in den Abriebtester eingebracht und dort mit einem Referenzring aus Stahl 1095 (Vickersriartezahl — 510) in Kontakt gebracht.

Die Kombination aus Stahl 1095 gegen Stahl 1020 würde normalerweise in Gasolin sofort festfressen. In Anwesenheit des Reaktionsproduktes, das in den Zwischenraum zwischen den beiden Stählen eingeschmiert war, lief das Prüfgerät leicht bei einer Prüflast von 7600 kg/m · min., die Abriebgeschwindigkeit war gering, und der Reibungskoeffizient betrug 0,036, d. h., er war identisch mit demjenigen, der bei Verwendung eines handelsüblichen Schmierfettes erhalten wurde. Wurde dagegen Vaseline, ein weniger wirkungsvolles Schmiermittel, angewandt, so stieg der Reibungskoeffizient bereits bei einer Prüflast von 2090kg/m · min. Die gemessene Abriebgeschwindigkeit war entsprechend hoch.

Beispiele 2 bis 8

Es wurden eine Reihe von Eisenlegierungen als Bauteil A und Gemische aus verschiedenen Matrixmaterialien und Molybdän- oder Wolframlegierungen als Bauteil B hergestellt und in dem in F i g. 1 dargestellten Prüfgerät nach der in Beispiel 9 erläuterten Methode auf Abrieb getestet. Als Umgebungsmedium wurde Methode auf Abrieb getestet. Als Umgebungsmedium wurde in den Beispielen 2 bis 6 Gasolin, in Beispiel 7 n-Octan und in Beispiel 8 Hexano! verwendet.

Die jeweils als Bauteil A verwendete Legierung und ihre Vickershärtezahl (V. H.) und das jeweils als Bauteil B verwendete Gemisch sind in Tabelle 1-A aufgeführt, während die Resultate aus Tabelle I-B hervorgehen.

Tabelle 1-B

	kg/m · min	Reibungs	Verschleiß nach	Teil A	Teil B
		koeffizient	100 Stunden	0,0	5,1
Beispiel	6450		in μιη	0,0	0,0
	2160	0,11	0,0-	0,0
2	2160	0,17	2,5	12,7
3	38CO	0,04	0,0	17,S
4	3410	0,05	0,0	10,2
5	2090	0,16	0,0	0.0
6	2660	0,1
7		0,07
8

Tabelle I-A

Bp ί	Bauteil A	20	Legierung	5535")	5535	Bauteil B
spiel					Matrixmaterial
2	1095 Stahl")	40	CM	5535	Volumprozent
		25		5535	60 Kupfer,
3	»Elastuff 44«^c)	20	CM	4540")	20 Nickel
4*)	»Elastuff 44«	35	CM	5535	60 Nickel
5	1095 Stahl	35	NW	NW 4540	75 Polyimide
6	»C 610/)	35	CM	CM	80 Kupfer
7	1095 Stahl			65 Kupfer
8	»Elastuff 44«		65 Kupfer
		65 Kupfer

45

a) 95,7 Atomprozent Fc, 4,3 Atomprozent C (V. H. 516).

b) 56,4 Atomprozent Co, 22,1 Atomprozent Mo, 2i,5Alomprozent Si.

c) 93,6 Atomprozent Fc, 2,1 Atomprozent C, 1,7 Atomprozent S₁I AtoniprozcntCr.O^Atompruzcnt Mn, 0,4 Atomprozent Si, 0,3 Atomprozcnl Mo (V. 11. 434).

d) Polymer von 4,4'-üxy<iianilm und l'yromcllitsäiiiedianhydrid.

e) 50,7 Atomprozent Ni, 14,5 Atomprozent W, 34,8 Atomprozcnl Si.

f) 80 Atomprozcnl Ie, 12 Atomprozent Cr, 6,6 Alomprozcnt C, 1 Atomprozenl V, 0,4 Alomprozenl Mo (HV 720).

·) Kalt gepreßt und auf 200 bis 500T erhitzt.

55

60

Beispiel 9

Die F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Prüfung ;u-Leistungsfähigkeit verschiedener handelsüblicher i.a ger. In dieser Skizze ist eine Vorrichtung dargesu-üi bei der die Reibung zwischen der Welle 61 und tk;; zu prüfenden I ager 62 eine Drehung des AufsatzeN K bewirkt, wenn eine Last 64 auf ihn einwirkt. Ok Drehung des Aufsatzes überträgt eine Kraft auf ein·.-! Drehmomentumsetzer 65 über einen Hebelarm {16 Aus dem über einen nicht dargestellten Schreiber auf gezeichneten Drehmoment läßt sich die Tangential kraft, die auf die Lagerwelle an der Zwischenfliichi einwirkt, berechnen. Dividiert man diese Tangential kraft durch die angelegte Last, so erhält man den Rei bungskoeffizienten. Der Umsetzer wird vor jeden Versuch geeicht. Das Verfahrensmedium, in diesen Faüe Benzin, wird dem Lagersystem über die Öffnung 67 zugeführt.

Bei der Durchführung des Versuches steigt uei Benzinstrom auf 0,454 kg/Stunden ohne Last, dam wird die Laufgeschwindigkeit der Welle auf den ge wünschten Betrag gebracht. Die Last wird in Gewich ten von jeweils etwa 9,1 kg aufgelegt, und die Vorrich tung wird dann jeweils 30 Minuten bis 1 Stundi laufen gelassen.

Durch Verpressen von Kupferpulver (150 μιη) mi 28 Volumprozent einer Legierung aus 56 Atompro zent Kobalt, 22 Atomprozent Molybdän und 22 Atom prozent Silicium (75 bis 150 μιπ) wurde ein zusammen gesetzter Werkstoff bereitet. Nachdem dieser in Wasser stoff auf 85O°C erhitzt worden war, wurden darau in Luft Stücke von einem Durchmesser von 3,2 cm ge schmiedet. Nach einer drei- bis vierstündigen Hitze behandlung bei 850"C in Wasserstoff (zum Zwecke de Festigung der Bindung zwischen dem Kupfer und de Legierung) wurden mit Hilfe von Carbidwerkzeugei daraus Drehzapfen innerhalb einer Toleranz voi 0,25 mm hergestellt, die dann auf den endgültigei Durchmesser der Zapfenlager (1,9 cm) zurechlge schliffen wurden.

Als Vergleichsstücke A wurden die Zapfenlage durch Vergießen der obenerwähnten Kobalt-Molyb dän-Silicium-Legicrung hergestellt. Als Vergleichs stücke ΰ wurden Zapfenlager aus Bronze SAE 660* hergestellt.

Sämtliche Lager wurden in der in F i g. 2 darge stellten Vorrichtung getestet, wobei als Flüssigkei Gasolin diente und eine Welle aus gehärtetem Stahl SAE 52 100**), verwendet wurde, die mit 1200 UpN lief. Die Resultate bei verschiedenen Belastungen gehei aus der folgenden Tabelle hervor.

Tabelle II

	JKO	Rcibungskoefli/	cnl bei	2K5O	JK(X)
		verschiedener Bi	tastung	0,007	0.004
			*g · m/min	0,16	0,16
	festge	950	19(X)	festge	festge
Beispiel 9	fressen	0,004	0,006	fressen	fressen
Vergleich A	0,21	0,16
Vergleich B	festge	festge
	fressen	fressen

*> 90 Alomprozcnl Cu, 4 Atompmzenl Sn, 4 Alompro/enl Zn und 2 Atomprozenl Pb.

**) yj,2 Atomprozcnt Fc, 4,4 Alomprozcni C, 1,5 Atoniprozcnl Cr, 0,6 Atomprozcnt Si. 0,J Aloinprozent Mn.

Beispiel 10

Ein 2-Taktmotor wurde gemäß F i g. 3 abgeändert, um einen Betrieb ohne Zusatz von Öl zu dem Treibstoffsystem zu ermöglichen. Die ursprüngliche Maschine war ein 2-Taklmolor mit 2,5 PS Leistung, Modell D-402, Hcrstcllcrin Outboard Marine Corp.. Galesburg, III. Das Spiel nach den Abänderungen der Lager, des Kolbens und der Kolbenringe war so groß wie möglich, fiel jedoch selbstverständlich noch unter die Richtlinien des Herstellers. Außerdem waren die Lagerbuchsen genutet, um das Benzin zu den Innenflächen der Lager zu leiten.

Die Lagerbuchsen 21 und 22, die als Magnetplattcn-Lagcr und "Wellenlager verwendet wurden, waren hergestellt aus Misch werkstoffen aus Kupfer und 28 Volumprozent der in Beispiel 1 verwendeten Legierung. (56 Atomprozent Co, 22 Atomprozent Mo und 22 Atomprozent Si). Diese Lager waren an beiden Enden abgedichtet, um zu verhindern, daß Benzin unmittelbar in das Kurbelgehäuse aus Aluminium eindringt. Ein gehärteter, niedriglegierter Stahl innerhalb der Definition für den erfindungsgemäßen Bauteil A wurde als Kurbelwelle 24 verwendet. Der Kolben 29 war beschichtet mit einem Gemisch aus Kupfer und 25 Volumprozent der Legierung nach Beispiel 1, das durch Plasmasprühen in einer Dicke von 0,1 bis 0,13 mm aufgebracht war. Die Teilchen in der Beschichtung hatten einen Durchmesser zwischen 0,075 und 0,150 mm. Die Beschichtung war in Form von Streifen auf das obere und untere Ende des Kolbens aufgebracht, obgleich man vorzugsweise den gesamten Kolben beschichten sollte. Die Kolbenringe 28, die gegen die Zylinderwände aus Gußeisen gleiten, waren die ursprünglichen Ringe aus Gußeisen, die jedoch durch Aufsprühen mit der Legierung nach Beispiel 1 beschichtet waren.

Obgleich die Brennstoffpumpe elektrisch betätigt worden ist, kann sie auch, wie aus F i g. 3 hervorgeht, als Membran-Brennstoffpumpe der Verdrängerbauart betätigt werden. Der Weg des Brennstoffes (Benzin) ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet. Aus dem Tank 31 wurcl Brennstoff in die Brennstoffpumpe 30 angesaugt. Von hier aus wird er in das Lager 22 gepumpt, das er am anderen F.iulc über einen Auslaß verläßt, worauf er über den Einlaß 33 und andere nicht dargestellte Eintrittsstellen in den (UiU-eisen/ylindcr 32 geleitel wird. Der in den Einlaß 33 eintretende Brennstoff schmiert die Lager 26 und 27 auf folgende Weise: der hohle Aiilcnkbolzcn 25 ist am einer. Ende verstopft, um zu verhindern, daß Brennstoff hindurch und zu dem Auslaß 34 ausfließt. Wenn der Anlcnkbolzcn 25 den Einlaß 33 passiert, wird Benzin hineingedrückt, das ihn voll ausfüllt. Da das eine Ende geschlossen und die Lager 26 und 27 mit Öffnungen versehen sind, fließt das Benzin in diese Lager und schmiert sie. In F i g. 3 nicht gezeigt sind die Öffnungen

ίο im Boden des Lagers 27 und am Kopf des Lagers 26. durch welche Benzindämpfc in das Kurbelgehäuse 36 gelangen können, die noch eine zusätzlich* Schmierung der Lager 26 und 27 bewirken.

Durch die Pumpe 30 kann auch in das Lager 21 Brennstoff eingepumpt werden. Er fließt dann in diesem Lager nach unten und, wie in der Zeichnung angedeutet, durch eine Öffnung35 in das Kurbelgehäuse 24, um das Lager 23 /u schmieren. Das letzlere ist ein Wälzlager mit einer äußeren Laufbahn aus einer Legierung (77 Atomprozenl Co, 19 Atomprozent Mo und 4 Atomprozent Si). Das Kurbelgehäuse bildet eine innere Laufbahn, und als Wälzkörper wurden Nadeln aus Stahl 52 100 (93,2 Atomprozent Fe. 4,4 Atomprozent C, 1,5 Atomprozenl Cr, 0,6 Atomprozent Si, 0,3 Atomprozcnt Mn) benutzt.

Aus dem Lager 23 wird der Brennstoff in das Kurbelgehäuse 36 gedruckt. Auch in den Vergaser 37 wird Brennstoff eingepumpt. Das Ventil 38 am Vergaser schließt sich, wenn das Kurbelgehäuse 36 unter Druck steht und öffnet sich, wenn das Kurbelgehäuse unter niedrigcrem Druck steht, d. h., wenn der Kolben 39 in seiner höchsten Stellung ist. Zum Einführen des Benzin-Lufigemisches in den Verbrennungsraum 40 sind Durchgänge vorgesehen, die aus der Zeichnung nicht ersichtlich sind. Der Durchgang des Brennstoffes durch den Vergaser 37 wird durch die Menge der in den Motor angesaugten Luft bestimmt. Diese Menge an Luft wird ihrerseits wieder dutch einen Regler gesteuert.

Wie sich gezeigt hat, ist es zur Erzielung eines glatten Laufes der Maschine von Vorteil, wenn mindestens 50°/n des Brennstoffes über den normalen Verbrennungsweg laufen, d. h. durch den Vergaser und beim Aufwärtshub des Kolbens in den Verbrennungsraum. Die Steuerung des Durchflusses von Benzin durch den Vergaser 37 und die Lager 21, 22 und 23 erfolgt mit Hilfe von Nadelventilen.

Beim Versuchsbetrieb wurde die Pumpe 30 in Gang gesetzt, um allen Lagerflächen kurz vor dem Start der Maschine Brennstoff zuzuführen. Die Lager wurden somit nicht in trockenem Zustand betätigt. Die Maschine wurde dann 50 Stunden mit einem, handelsüblichen Benzin erster Qualität, das jedoch keinerlei Öl enthielt, betrieben. Der Treibstoff wurde der Maschine mit einer Geschwindigkeit von 0,953 kg/Std. zugeführt.

Die Luftzuführung betrug 8,62 kg/Std. entsprechend einem Verhältnis Luft zu Treibstoff von etwa 9:1. Die Maschine lief mit 2450 UpM ohne Last. Während des Betriebes zeigte sich keinerlei Rauch im Abgas, wie dies beim Betrieb der nicht abgeänderten Zweitaktmaschine zu beobachten war, wenn sie mit dem vom Hersteller empfohlenen Öl-Treibsloff-Gemisch betrieben wurde. Außer einer dünnen Riißabscheidung am Kolben und an den Zylinderwänden waren keinerlei Ablagerungen zu beobachten. Die Dimensionen der wesentlichen, einem Abrieb unterworfenen Teile wurden vor und nach dem Versuch gemessen, um das Ausmaß des Veisclileißens /u bestimmen. Die Resultate sind in Tabelle III aufuel'iihrl.

Tabelle III

Verschleißteil

Magnetplattenlager 22
Kurbelwellenlager 21 ..
Magnetwellenlager 22
Unteres Wellenlager 21

Kolben 29

Zylinder 32

Abmalte

vor dem

Versuch

(mm)

22,280 22,278 22,200 22,197 60,223 60,376

nach dem

Versuch

(mm)

22,280 22,278 22,195 22,192 60,223 60,376

G esa mlverschleilJ (μιιι)

0 0 5 5 0 0

Wenn Maschinen derart konstruiert sind, daß Öl anwesend sein muß, um die Schmierung gewisser Flächen sicherzustellen, kann man bei Verwendung der erfindungsgemäßen schmierstofferzeugenden Oberflächen die zuzuführende Menge an Ö) wesenllich verringern. So wurde beispielsweise die oben beschriebene Zweitaktmaschine ohne Einführung von Brennstoff durch die Zylinderwand so betrieben, daß an Stelle des reinen Benzins ein Gemisch aus einem Teil SAE-30-Ö1 in 500 Teilen Benzin verwendet wurde. Bei den üblichen gleitenden Flächen im Verbrennungsraum muß auf 16 Teile Benzin 1 Teil Öl verwendet werden.

Beim Betrieb einer völlig unveränderten Zeitaktmaschine des gleichen Typs wie oben mit einem Benzin-Öl-Gemisch im Verhältnis 16: 1 waren nach 32 Stunden die Auspufföffnungen fast vollständig mit schweren Kohleablagerungen verstopft. Ein weiterer Betrieb dieses Motors wäre nur möglich gewesen, wenn der Auspuff, der Kolben und der Zylinder ausgebaut und gereinigt worden wären.

Beispiel 11 ^3S

Eine der besonders zukunftsweisenden Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Schmiersysteme wäre die Verwendung als Dichtungen bei Umlaufmotoren. Es wurde daher eine Versuchsreihe durchgeführt, um die Eignung des erfindungsgemäßen Systems als Dichtung für den Wankelmotor, unter anderem beschrieben in der USA.-Patentschrift 3 359 953, zu erproben. Zu diesem Zweck wurde ein Luftmotor nach Gast verwendet, der in F i g. 4 schematisch dargestellt ist. Normalerweise wäre die Antriebskraft für diese Maschine Druckluft, die beim Einlaß eingeführt wird. Für die vorliegenden Versuche wurde iedoch der Motor mit Hilfe der in F 1 g. 2 daniestellten Untersuchungscinrkhtiing für Lager betrieben. Der Motor dieser Einrichtung war an die Drehwelle des Luftmolors angekuppelt und brachte üiesen zur Rotation.

Beim ersten Versuch wurden die Flügel 51 aus einem Mischwcrkstoff aus Kupfer und 30 Volumprozent der Legierung nach Beispiel 1 verglichen mit hartverchromlen Flügeln. Der Versuch wurde bei Raumtemperatur durchgerührt. Der Motor wurde nut 12 000 UpM betrieben, wobei je Stunde 45,4 g handelsübliches Benzin mit Hilfe von 454 g Stickstoff hmdurehgeschiekl wurden. Diese geringe Benzinmenge wurde" verwendet, um die Menge an unverbranntem Treibstoff in einem Motor genauer zu simulieren. Innerhalb einer Laufzeit von 3,5 Stunden beschädigten die chromplattierten Flügel das Giißeisengehäuse und erzeugten so viel Abrieb, daß der Auslaß verstopft war. Wurden dagegen Flüge) verwendet, die aus dem in Beispiel 9 beschriebenen Mischwerkstoff bestanden, so ergab die Messung keinerlei Verschleiß der Flügel oder des Gehäuses. Die aus dem Mischwerkstoff bestehenden Flügel wurden dann nochmals erprobt. Hierbei wurde das Gehäuse auf 150⁰C erhitzt. Diese Temperatur ist die höchste Oberflächentemperatur die im Wankelmotor erreicht wird (Das Gehäuse des Wankelmotors besteht aus Aluminium). Auch in diesem Falle konnte keinerlei Verschleiß der Flügel oder des Gehäuses gemessen werden. Es zeigte sich, daß nach dem Versuch sämtliche Innenflächen mit einer Substanz überzogen waren, die hinsichtlich ihrer Viskosität einem handelsüblichen Öl der Qualität SAE 20-30 entsprach; dies beweist die Bildung eines Schmiermittels in situ beim fortgesetzten Kontakt mit Benzin.

Beispiel 12

Zwecks Vorführung einer Benzinpumpe unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems wurden die Flügel in einem Gast-Luftmotor ausgetauscht gegen Flügel aus dem in Beispiel 11 beschriebenen Misch·· werkstoff. Der Motor wurde mit dem Untersuchungsgerät nach F i g. 2 mit 1200 UpM betrieben, so daß er als Pumpe wirkte. Nun wurde 5V₄ Stunden lang Benzin mit einer Geschwindigkeit von 114 1/Std. in einer geschlossenen Schleife mit einem 3,8-1-Reservoir umgepumpt. An den Flügeln konnte keinerlei Verschleiß gemessen werden, und der Gewichtsverlust betrug im Durchschnitt 1 mg je Flügel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schmiersystem, bestehend aus mindestens zwei Maschinenteilen A und B mit relativ zueinander beweglichen Gegenflächen und einem diese Gegenflächen umgebenden flüssigen Medium zur Schmierung, dadurch gekennzeichnet, daß es

(!) einen Maschinenteil A aus einem Eisenwerkstoff enthält, der entweder

a) aus 11 bis 15 Atomprozeni Kohlenstoff, 1,5 bis 3 Alomprozent Silicium und, zu 100 Atomprozent ergänzt, aus Eisen besteht, wobei die Vickershärte mindestens *5 1 50 beträgt, oder der

b) mindestens 80 Atomprozent Eisen und mindestens 1 Atomprozent Kohlenstoff enthält, wobei die Vickershärte mindestens 200 beträgt, oder der _r

c) 50 bis 79 Atomprozent Eisen und mindestens 1 Atomprozent Kohlenstoff enthält, wobei die Vickershärte mindestens 400 beträgt,

a) IO bis 90 Volumprozent einer Legierung, enthaltend mindestens 6 Atomprozent Mo-. lybdän und/oder Wolfrare, wöbe· mindestens 10 Volumprozent der Legierung eine intermetallische Verbindung von Molybdän und/oder Wolfram mit einer Vickershärte von 550 bis 1800 darstellen, mit

b) 90 bis 10 Volumprozent eines Matrix-Materials einer geringeren Vickershärte als derjenigen der Legierung 2 a, mit einer Festigkeit und Haftfähigkeit, die ausreicht, um die Legierung in dieser Matrix festzuhalten,

wobei der Trockenreibungskoeffizient des Maschinenteils A auf dem Maschinenteil B nicht größer als 0,25 ist, und daß es schließlich

(3) als die Maschinenteile umgebendes Medium ein solches enthält, welches aus Erdöl-Kohlenwasserstoffen mit einem Siedeende nicht über g₅ 345" C, aus aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder aliphatischen Aldehyden mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls aus einer an sich schmierwirksamen Stoffkomponente besteht.

2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Maschinenteil B enthält, welcher eine Legierung mit mindestens Atompro/cnt Molybdän oder Wolfram aufweist.

3. Schmiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Maschinenteil B enthält, dessen Werkstoff eine Legierung aus 6 bis 85 Atomprozent Molybdän, 4 bis 56 Atomprozent Silicium und Rest auf 100 Prozent Eisen, Kobalt oder Nickel ist.

4. Schmiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 19 bis 15 Atomprozent Molybdän, 4 bis 22 Alumprozent Silicium und 53 bis 77 Atomprozent Kobalt besteht.

5. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Maschinenteil B enthält, in dessen Werkstoff 20 bis 85 Volumprozent intermetallische Verbindung vorliegen.

6. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Maschinenteil B aus einem Mischwerkstoff enthält, dessen Grundmasse mit geringerer Vickershärte als die Legierung in B aus einem der nachstehenden Stoffe besteht:

a) Kupfer, Nickel, Aluminium, Blei, Zinn, Cadmium oder Eisen;

b) Legierungen der Metalle der Gruppe a);

c) Chrom und Molybdän oder

d) Polyimide, aromatische Polyamide, aromatische Polyketone, Polybenzimidazole, aromatische Polyimine, Polybenzoxazole, aromatische Polythiazole oder Phenol-Formaldehydharze.

7. Schmiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Maschinenteil B aus einem Misch werkstoff enthält, dessen Grundmasse ein Poyimid von Pyromellitsäureanhydrid und 4,4'-Oxydianilin ist.